编码器、带编码器的电机及伺服系统的制作方法_2

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本实施方式中,角度Θ是相当于第二狭缝Si的间距P的角度。此外,该角度Θ不限于该例子,也可以将角度Θ设为相当于间距P的整数倍的角度。
[0049]狭缝磁道SI在圆盘110的上表面上、并且在比第一狭缝Sa更靠近与旋转中心O相反的一侧(半径方向R上的外侧)的位置上配置成与狭缝磁道SA同心的圆状。狭缝磁道SI具有多个第二狭缝Si,所述多个第二狭缝Si排列成沿着围绕旋转中心O的圆周方向C具有增量图案。
[0050]如图3所示,“增量图案”是指以规定的间距P有规律地重复的图案。在此,“间距”是指具有增量图案的狭缝磁道SI中的各第二狭缝Si的配置间隔。增量图案通过来自至少一个以上的受光元件的检测信号之和表示每个间距或者一个间距内的电机M的位置。因而,虽然增量图案并不表示电机M的绝对位置,但与基于第一狭缝Sa及后述的受光阵列PA的绝对信号的分辨率相比,能够非常高精度地表示位置。
[0051]此外,在本实施方式中,如上所述,各自相当于第一狭缝Sa的圆周方向长度和相当于狭缝磁道SI的第二狭缝Si的间距P的角度Θ —致。其结果,基于第一狭缝Sa的绝对信号的分辨率与狭缝磁道SI的第二狭缝Si的数量一致。然而,狭缝磁道SI的第二狭缝Si的数量并不限于该例子,优选将狭缝磁道SI的第二狭缝Si的数量设定为与绝对信号的分辨率相同或者多于绝对信号的分辨率。
[0052](2-2-2.光学模块)
[0053]如图2及图4所示,光学模块120形成为与圆盘110平行的一个基板BA。由此,能够使编码器100薄型化或者能够使光学模块120容易制造。此外,光学模块120不一定必须构成为一个基板BA,各结构也可以构成为多个基板。此时,将这些基板集成配置即可。另外,光学模块120也可以不是基板状。
[0054]如图2及图4所示,在光学模块120的基板BA的、与圆盘110对置的表面上具有光源121、及多个受光阵列PA、PI。
[0055]如图2所示,光源121实质上配置在轴SH的旋转轴心AX上。此外,这里所述的“实质上配置在旋转轴心AX上”并不是严格意义上要求光源121的光轴与旋转轴心AX—致,而允许设计上、制造上的误差,只要光源121配置在旋转轴心AX的附近即可(以下,相同)。光源121向至少包含根据圆盘110的旋转的第一狭缝Sa的旋转轨迹(即狭缝磁道SA)和狭缝磁道SI两者的区域射出光。
[0056]作为光源121,只要是能够向照射区域照射光的光源,则不特别地限定,例如,能够使用LED (Light Emitting D1de:发光二极管)。光源121构成为没有特别配置光学透镜等的点光源,其从发光部射出扩散光。此外,在为“点光源”的情况下,不必是严格意义上的点,只要是在设计上或动作原理上可视作是从大致点状的位置发出扩散光的光源,则也可以从有限的射出面发出光。另外,“扩散光”不限于从点光源朝向全方位发出的光,包括朝向有限的固定的方位一边扩散一边射出的光。即,在此所述的扩散光如果是与平行光相比具有扩散性的光,则也被包含在其中。这样通过使用点光源,光源121能够向在对置的位置上进行旋转的第一狭缝Sa及狭缝磁道SI大致均匀地照射光。另外,由于不进行由光学元件实现的聚光、扩散,因此,难以产生由光学元件引起的误差等,能够提高光向狭缝磁道的直线传播性能。
[0057]受光阵列PA、PI配置成以光源121 (旋转轴心AX)为中心的同心圆状,受光阵列PA在比受光阵列PI更靠近旋转轴心AX侧(在半径方向R上的内侧)的位置上、并在半径方向R上与受光阵列PI之间隔开规定的距离PG而进行配置。受光阵列PA具有多个第一受光元件Pa (图5的稀疏的点的阴影部分),多个第一受光元件Pa沿着围绕光源121 (旋转轴心AX)的圆周方向C而排列,并以接收第一狭缝Sa上反射出的光的方式构成。这些多个第一受光元件Pa分别配置在按基于编码器100的分辨率而设定的数量(在该例子中是32)、在圆周方向C上对第一磁道Tl进行等分的分割磁道tl上,其中,第一磁道Tl是与该第一受光元件Pa对应的遍及围绕光源121 (旋转轴心AX)的整周的区域。此外,在本实施方式中,将基于编码器100的分辨率而设定的数量(即第一受光元件Pa的数量)设为32,但第一受光元件Pa的数量不限于此。
[0058]根据上述结构,由通过圆盘110的旋转而位于规定的旋转角度的第一狭缝Sa反射出的光,被上述多个第一受光元件Pa之中的与第一狭缝Sa对应的第一受光元件Pa来接收,并且将配置有输出该受光信号的第一受光元件Pa的位置检测为轴SH的一圈旋转内位置(绝对位置)。将该受光信号称为“绝对信号”。由此,能以相当于第一受光元件Pa的数量(在该例子中是32)的分辨率来检测轴SH的绝对位置。
[0059]另一方面,受光阵列PI配置在比受光阵列PA更靠近与旋转轴心AX相反的一侧(在半径方向R上的外侧)的位置。受光阵列PI构成为,具有沿着围绕光源121 (旋转轴心AX)的圆周方向C而排列的多个第二受光元件Pi (图5的浓密的点的阴影部分),接收被狭缝磁道SI反射的光。这些多个第二受光元件Pi分别配置在按基于编码器100的分辨率而设定的数量(在该例子中是128)、在圆周方向C上对第二磁道T2进行等分的分割磁道t2上,其中,所述第二磁道T2是与受光阵列PI对应的遍及围绕光源121 (旋转轴心AX)的整周的区域。
[0060]在与第一受光元件Pa的一个间距对应的角度Θ的范围内配置有四个第二受光元件Pi。即,受光阵列PI构成为,在狭缝磁道SI的增量图案的一个间距(被投影的图像中的一个间距。即ε XPo关于ε在后面进行说明)内排列的四个第二受光元件Pi的组(在图4中表示为“SET”)沿着圆周方向C还排列有多个。并且,由于增量图案按照每个间距而重复形成反射狭缝,因此,各第二受光元件Pi在圆盘110进行旋转的情况下,按一个间距生成一个周期(在电角度中称为360°。)的周期信号。并且,由于相当于一个间距的一组中配置有四个第二受光元件Pi,因此,一组内的相邻的受光元件彼此检测相互具有90°的相位差的周期信号。将该各受光信号称为A相信号、B相信号(相对于A相信号的相位差为90° )、A-相信号(相对于A相信号的相位差为180° )、以及B-相信号(相对于B相信号的相位差为180° )。
[0061]由于增量图案表示一个间距内的位置,因此,一组中的各相位的信号和与这些对应的其它组中的各相位的信号成为同样地变化的值。因而,同一相位的信号在多个组中被累加。因而,根据图4所示的受光阵列PI的多个第二受光元件Pi,检测出相位各偏移90°的四个信号。将该四个信号称为“增量信号”。
[0062]通过使用相差90°相位的信号,例如除了使用上述A相信号之外还使用B相信号,从而通过判断先检测出的信号是A相信号还是B相信号,能够检测圆盘110的旋转方向。另夕卜,通过使用相差180°相位的信号,即除了使用A相信号或B相信号之外还使用A-相信号或B-相信号,能够确保信号的可靠性。并且,通过沿着圆周方向C配置多个组,将检测各相位的信号的位置分散在广泛的范围内,并且,如上所述,在多个组中累加并平均化同一相位的信号,从而能够缩小受光光量的偏差的影响。
[0063]此外,在本实施方式中,以相当于增量图案的一个间距内的一个组内包括四个受光元件的情况为一例进行说明,但例如一个组内包括两个受光元件(A相和B相)等,并不特别限定一个组中的受光元件数。
[0064]作为第一受光元件Pa及第二受光元件Pi,例如能够使用光电二极管。但是,并不限于光电二极管,只要能够接收从光源121射出的光并能够转换成电信号,则不特别地限定。
[0065]此外,从光源121射出的光是扩散光。因而,投影到光学模块120上的狭缝磁道的图像以与光路长度相对应的规定的放大率ε进行了放大。即,如图3及图4所示,如果将狭缝磁道SA、SI各自的半径方向R的长度设定为WSA、WSI,并将这些反射光投影到光学模块120上的形状的半径方向R的长度设定为WPA、WPIJlj WPA、WPI的长度变成WSA、WSI的ε倍的长度。同样地,受光阵列PA和受光阵列PI的半径方向R上的间隙PG也变成狭缝磁道SA和狭缝磁道SI的半径方向R上的间隙SG的ε倍。此外,在本实施方式中,如图4所示,表示了将各受光阵列PA、PI的半径方向R的长度设定为与各狭缝磁道SA、SI投影到光学模块120上的形状大致相等的例子。但是,各受光阵列PA、PI的半径方向R的长度不一定限于该例子。
[0066]同样地,光学模块120的圆周方向C也成为圆盘110的圆周方向C投影到光学模块120上的形状、即受到放大率ε的影响的形状。即,如图2所示,圆盘110的圆周方向C成为以旋转中心0(旋转轴心AX)为中心的半径为r的圆状,投影到光学模块120上的圆周方向C成为同样地以旋转轴心AX为中心的半径r以放大率ε进行放大的圆状。
[0067]如图2所示,在将光学模块120和圆盘110之间的间隙长设为G、并将光源121的从基板BA突出的突出量设为Ad的情况下,由下述式(公式I)来表示放大率ε。
[0068]ε = (2G— Δ d) / (G - Ad)…(公式 I)
[0069](2 - 3.位置数据生成部)
[0070]位置数据生成部130在测定电机M的绝对位置的时刻,从光学模块120获取表示绝对位置的绝对信号、和包括相位各偏移90°的四个信号的增量信号。然后,位置数据生成部130基于获取的信号,计算出这些信号所表示的电机M的绝对位置,并将表示该绝对位置的位置数据输出到控制装置CT。
[0071]该位置数据生成部130相当于生成位置数据的单元的一例。此外,根据位置数据生成部130生成位置数据的方法能够使用各种方法,不特别地限定。在此,对根据增量信号和绝对信号来算出绝对位置并生成位置数据的情况的例子进行说明。
[0072]位置数据生成部130首先基于第一受光元件Sa的受光信号来确定轴SH的一圈旋转内位置(绝对位置)。即,通过由圆盘110的旋转而位于规定的旋转角度的第一狭缝Sa反射出的光,被受光阵列PA具有的多个第一受光元件Pa之中的与第一狭缝Sa对应的第一受光元件Pa来接收,并且由该第一受光元件Pa来将受光信号输出到位置数据生成部130。此时,例如,通过设定为分别将位置数据生成部130和多个第一受光元件Pa并联地连接的电路结构,能够将配置有输出
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